Verfahren zum Vulkanisieren von koextrudierten Hohlkammerprofilen aus elastomeren Werkstoffen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vulkanisation von coextrudierten Hohlkammerprofilen aus elastomeren Werk­toffen. Hierbei wird in eine Hohlkammer aus isolierendem Werkstoff wenigstens eine mit elektrisch leitenden Füll­stoffen versetzte Profilschicht extrudiert. Beide Schich­ten werden anschließend daran im Wege der drucklosen Heiß­vulkanisation unlösbar miteinander verbunden. Erfindungs­gemäß wird das mehrschichtige Hohlkammerprofil nach dem verlassen des Düsenmundstücks einer ersten, kurzzeitigen Schockvulkanisation bei sehr hohen Temperaturen ausge­setzt. An diese Schockvulkanisation schließt sich eine Ab­kühlphase an, der ein weiterer Aufheizvorgang folgt, bei dem das anvulkanisierte Profil der Restvulkanisation aus­gesetzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vulkanisieren von koextrudierten Hohlkammerprofilen aus elastomeren Werkstof­fen, wobei auf die inneren Oberflächen eines Hohlkammerpro­fils aus isolierendem Werkstoff eine mit elektrisch leiten­den Füllstoffen versehene Beschichtung derart aufgebracht wird, daß wenigstens zwei Teilbereiche der Beschichtung durch längsverlaufende Oberflächenbereiche des isolierenden Hohlkammerprofils voneinander getrennt sind, und wobei das Hohlkammerprofil und die partielle Innenwandbeschichtung im Wege der drucklosen Heißvulkanisation unlösbar miteinander verbunden werden. Derartige Profile werden als sogenannte Schlauchschalter in technischen Bereichen eingesetzt. Sie bestehen aus einer Kombination von isolierendem mit leitfä­higem plastischen Material.

[0002] So ist aus der DE-AS 2 300 222 ein Verfahren zum kontinu­ierlichen Herstellen von elastischen elektrischen Schlauch­schaltern beschrieben, oei dem der Schlauchmantel aus einer Gummihaftmischung besteht. Bei diesem Verfahren werden elektrisch leitende Bänder auf einen später entfernbaren Kern aufgebracht. Dieser Aufbau wird dann mit dem Schlauch­mantel umspritzt, wobei die Kontaktbänder fest in den Schlauchmantel eingelagert werden. Danach erfolgt die Vul­kanisierung des Schlauchmantels und dann das Herausziehen des Tragstreifens aus dem Schlauchmantel, wobei die Kon­taktbänder in ihrem Sitz am inneren Umfang des Schlauchman­tels belassen werden. Dieses Verfahren ist aufwendig und arbeitsintensiv und daher für den großtechnischen Gebrauch nicht einsetzbar.

[0003] Aus dem DE-GM 82 04 993.9 ist ein weiterer Schlauchschalter bekannt, der als Sicherheitseinrichtung an motorisch ange­triebenen Kraftfahrzeugfenstern eingesetzt ist. Die Leiter­streifen liegen in einem Kanal der Gummidichtung getrennt voneinander. Bei einer Verformung der Gummidichtung und Kontaktierung der Leiterstreifen wertet die Steuerelektro­nik diesen Kurzschluß aus und schaltet den Motor ab oder um. Damit ist ein gefährliches Einklemmen vermieden. Auch diese Sicherheitseinrichtung ist aufwendig in der Herstel­lung und kann nicht kontinuierlich gefertigt werden, da die Kontaktleiste mit den Leiterstreifen in den Kanal der Gum­midichtung diskontinuierlich eingezogen werden muß.

[0004] Ein vergleichbarer Einklemmschutz für mit einem elektrisch betätigbaren Fensterheber ausgerüstete Fahrzeuge ist in der DE-OS 34 24 581 beschrieben.

[0005] Aus der DE-PS 33 04 400 ergibt sich eine Sicherheitskon­taktschiene für kraftbetätigte Anlagen, bei der ein Gummi­hohlprofil als Einkammer-Profil ausgebildet ist und Innen­seiten des Gummihohlprofils selbst als elektrisch leitende Kontaktflächen dienen. Die elektrisch leitenden Kontaktflä­chen können durch Beimischungen von leitfähigen Stoffen, z.B. Graphit, oder die Einlage dünner Metallnetze in die Gummioberfläche gebildet werden. Die beiden elektrisch ge­trennten Kontaktflächen sind an dem dem Kabelanschluß abge­wandten Ende über eine Sperrdiode miteinander verbunden. Bei gegenseitiger Berührung der Kontaktflächen wird die Sperrdiode überbrückt und die Anlage abgeschaltet bzw. Kom­mando zur Aufwärtsbewegung der Anlage erteilt.

[0006] Die elektrische leitenden Kontaktflächen dieses Standes der Technik können durch Beimischung von leitfähigen Stoffen erzeugt werden.

[0007] Die Kontaktflächen bilden mit dem Hohlprofil des Schlauch­schalters also eine Einheit. Auch kann das bekannte Profil als Endlosprofil hergestellt werden. Der Nachteil dieses bekannten Schlauchschalters ist darin zu sehen, daß er als Gummihohlprofil ausgelegt ist. Hier werden im allgemeinen organische Kautschuke, beispielsweise EPDM-Kautschuke ver­wendet. Diese Kautschuke zeigen ein schlechtes Rückstell­vermögen, was sich für die spezielle Anwendung nachteilig auswirkt. Auch sind diese Kautschuke, gemessen an anderen elastomeren Materialien wie Silikon, als relativ harte Ma­terialien einzustufen, so daß die Auslösekräfte im Ver­gleich zu entsprechenden Profilen aus Silikonkautschuk hö­her sind.

[0008] Bei leitfähigen Silikonelastomeren ist es bekannt, daß die Beimischung von leitfähigen Stoffen wie Ruß und Graphit, die zur Erzeugung der elektrischen Leitfähigkeit in die Si­likonkautschuk-Mischungen eingearbeitet werden müssen, die bei druckloser Vulkanisation übliche peroxidische Vernet­zungsreaktion stören. Aus diesem Grunde setzt man für die Vulkanisation rußgefüllter, leitfähiger Silikonkautschukmi­schungen bei druckloser Vulkanisation polyadditionsvernet­zende Mischungen ein, die im allgemeinen mit einer Silan-­Komponente und einem Platinkatalysator vernetzt werden. Ho­he Konzentration leitfähiger Stoffe stören jedoch die Vul­kanisation der peroxidisch vernetzten Materialien nicht nur im Querschnittsbereich der Profile aus diesem Material, sondern bei der Kombination mit einem isolierenden Mate­rial, z.B. durch Koextrusion verschiedener Materialschich­ten, auch im Bereich der Grenzflächen dieser Material­schichten, so daß hier Haftungsprobleme auftreten. So ver­wendet man bei der Koextrusion von rußgefüllten Silikonen mit isolierenden Silikonen aus diesem Grunde auch für die isolierende Komponente entsprechende Additionsmaterialien.

[0009] Die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit der genannten Mate­rialien wirkt sich bei der Extrusion von Kompaktprofilen oder bei der Extrusion von Hohlkammerprofilen, die im Au­ßenbereich abwechselnd aus leitfähigen und isolierenden Segmenten bestehen, nicht aus. Sie zeigt jedoch gravierende Auswirkungen, wenn in ein Hohlkammerprofil aus isolierendem Material Segmente aus leitfähigem Material eingebettet wer­den. Dabei wird die Vernetzung der Additionsmaterialien durch die chemische Reaktion Nr. 1 ausgelöst.

[0010] Diese Reaktion startet mit einer praxisgerechten Geschwin­digkeit bei Temperaturen oberhalb von ca. 100° C. Das in der chemischen Reaktion Nr. 1 beschriebene, instabile Zwi­schenprodukt reagiert entsprechend der Reaktionsgleichungen 2 oder 3 zu den dort angegebenen Endprodukten.

[0011] Bei niedrigeren Temperaturen überwiegt die Reaktion Nr.3, während bei hohen Temperaturen die Reaktion Nr. 2 sehr viel schneller abläuft, so daß die Reaktion Nr. 3 nicht zum Tra­gen kommt.

[0012] Dieser Effekt wirkt sich bei der Herstellung der genannten Hohlkammerprofile mit isolierender Außenhaut und innenlie­genden leitfähigen Elementen nachteilig aus, da nach dem Stand der Technik die Beheizung der Profile durch den schlecht wärmeleitfähigen, isolierenden Mantel des Isolier­profils erfolgt.

[0013] Danach wird die im Innenbereich der Hohlkammer befindliche Luftsäule, die entweder durch das Ansaugen von Außenluft oder über zwangsmäßig zugeführte Stützluft entsteht, erst dann aufgeheizt, wenn die von außen zugeführte Wärme die isolierende Schicht durcharungen hat. Diese Luftsäule ist daher während der Extrusion des Profils stets der kälteste Teil des Hohlkammerprofiles. Durch die gegenüber der iso­lierenden Silikonschicht verbesserte wärmeleitfähigkeit der auf der Innenseite des Hohlkammerprofils eingebrachten, leitfähigen Segmente wird an der Grenzfläche zwischen leit­fähigen Segmenten und isolierender Hülle die Wärme beson­ders schnell in Richtung auf die Stützluft abgeführt. so daß sich die Grenzfläche zwischen isolierendem Material und leitfähigem Material bei äußerer Wärmezufuhr durch die Wärmeabfuhr in Richtung Hohlkammer am langsamsten erwärmt.

[0014] Trotz dieser Erkenntnisse ist man bei der Vulkanisation von Profilen oder Hohlprofilen aus Silikonkautschuk bemüht, mit einer möglichst niedrigen Temperatur zu arbeiten, um eine thermische Schädigung der Profilaußenseiten zu verhindern. So werden in der ersten Aufheizzone Ofentemperaturen zwi­schen 400° und 500° C erreicht. Bei Hohlkammerprofilen der oben beschriebenen Art zählen unter diesen Bedingungen im Bereich der Grenzfläche zwischen isolierendem Außenmantel und leitfähiger Innenschicht je nach der Geometrie des Ex­trudates Temperaturen im Bereich von ca. 120 bis ca. 160° C auf. Unter diesen Temperaturen läuft der beschriebene Reak­tionsweg der chemischen vernetzung bevorzugt nach Reaktion Nr. 3 ab, so daß sich in der Grenzfläche Wasserstoffblasen bilden, die zu einer verminderten Haftung zwischen der leitfähigen Innenschicht und dem isolierenden Mantel sowie zu optischen und funktionalen Mängeln führen.

[0015] Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe ge­stellt hat, in möglichst kurzer Zeit in der Grenzfläche zwischen der leitfähigen Innenschicht und dem isolierenden Mantel eine yulkanisationstemperatur von ca. 200° C zu er­zeugen, bei der die Vernetzungsreaktion nach den Reaktions­gleichungen Nr. 2 abläuft, wodurch die Blasenbildung in der Grenzfläche unterdrückt wird. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß das mehrschichtige Hohlkammerprofil nach dem verlassen des Düsenmundstückes einer ersten, kurzzeiti­gen Schockvulkanisation bei sehr hohen Temperaturen ausge­setzt wird, und daß sich an diese Schockvulkanisation nach einer Abkühlphase ein weiterer Aufheizvorgang anschließt, bei dem das anvulkanisiserte Profil der Restvulkanisation zugeführt wird.

[0016] Vorteilhaft wird das Hohlkammerprofil nach dem Verlassen des Extrusionswerkzeuges für ca. 10 sec. durch einen senk­recht angeordneten Schockkanal mit einer Temperatur von ca. 900° C geführt. Mit dieser außerordentlich hohen Schocktem­peratur wird die Blasenbildung in der Phasengrenzfläche zwischen isolierendem und leitfähigem Kautschuk unterbun­den. Wesentlich für die Erfindung ist, daß das Hohlprofil während der Einwirkung der außerordentlich hohen Schocktem­peratur von ca. 900°C in einer senkrechten Anordnung des Vulkanisationskanales ausgesetzt wird, weil in diesem senk­rechten Vulkanisationskanal eine außerordentlich hohe Luft­strömung entsteht, die eine lokale Überhitzung des Profils mit folgendem Verbrennen verhindert.

[0017] Es entsteht in diesem senkrechten Vulkanisationskanal eine turbulente Luftströmung, die zusätzlich zu einem verbesser­ten Wärmeübergang auf das Hohlprofil führt. Der Wärmeüber­gang erfolgt nämlich sowohl durch Strahlungswärme als auch durch die turbulente Konvektionsströmung.

[0018] Dieser Vorteil, der zur Verhinderung der Blasenbildung in den Grenzschichten zwischen der leitfähigen Innenschicht und dem isolierenden Mantel gesehen wird, kann in dieser Form bei einem entsprechend aufgeheizten waagerechten Vul­kanisationskanal nicht erzielt werden. Das Hohlprofil aus Silikonkautschuk benötigt im letzteren Fall eine Auflage­fläche, in deren Bereich die Durchwärmung der Profilwandung zwangsläufig langsamer vonstatten gehen muß, so daß sich in diesem Bereich die schädliche Blasenbildung an der Grenz­schicht wieder einstellen wird.

[0019] Erfindungsgemäß erfolgt die Einwirkung der hohen Schocktem­peratur von ca. 900° C in dem senkrecht angeordneten Vulka­nisationskanal für die kurze Einwirkungsdauer von ca. 10 Sec.

[0020] Um innerhalb des Profilquerschnitts einen entsprechenden Temperaturausgleich zu erreichen, folgt dann für ca. 20 Sec. eine Abkühlphase, bei der beispielsweise das Hohlpro­fil in der Umgebungsatmosphäre ohne zusätzliche äußere Be­heizung geführt wird. Im Anschluß an diese Abkühlphase wird das Hohlprofil dann in einem weiteren Heizkanal ca. 60 Sec. einer Vulkanisationstemperatur von etwa 320° C unterworfen, um so den Zustand der Endvulkanisation zu erreichen.

[0021] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich durchvulka­nisierte Hohlprofile aus wenigstens zwei Schichten herstel­len, bei denen am inneren Umfang der äußeren Isolierschicht Teilbereiche längsverlaufend im Wege des Koextrusionsver­fahrens mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung ver­sehen sind, wobei es bei der Vulkanisation nicht zu den schädlichen Blasenbildungen im Grenzschichtbereich zwischen der äußeren Isolierschicht und der inneren, elektrisch leitfähig eingestellten Beschichtung kommt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Vulkanisation von koextrudierten Hohlkam­merprofilen aus elastomeren Werkstoffen, wobei in eine Hohlkammer aus isolierendem Werkstoff wenigstens eine mit elektrisch leitenden Füllstoffen versetzte Profil­schicht extrudiert wird und beide Schichten im Wege der drucklosen Heißvulkanisation unlösbar miteinander ver­bunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das mehr­schichtige Hohlkammerprofil nach dem Verlassen des Dü­senmundstückes einer ersten, kurzzeitigen Schockvulkani­sation bei sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird, und daß sich an diese Schockvulkanisation nach einer Abkühl­phase ein weiterer Aufheizvorgang anschließt, bei dem das anvulkanisierte Profil der Restvulkanisation zuge­führt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schockvulkanisation bei einer Ofentemperatur um 900° C und einer Verweilzeit von ca. 10 Sec. durchge­führt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Schockvulkanisation bei senkrecht verlau­fendem Hohlkammerprofil erfolgt und damit die Temperatur von allen Seiten gleichmäßig an den äußeren Umfang des Hohlkammerprofils herangeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schockvulkanisation eine Abkühlphase folgt, während der die Temperatur innerhalb des Profilquerschnitts gleichmäßig verteilt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlkammerprofil nach Durchlaufen der Abkühlphase zur Restvulkanisation erneut auf eine Vulkanisationstem­peratur von ca. 320° C gebracht wird.